半導(dǎo)體元件的分類

1、半導(dǎo)體元件的分類 半導(dǎo)體元件有好幾種分類方法。例如雙極性或半導(dǎo)體元件有好幾種分類方法。例如雙極性或CMOSCMOS的的構(gòu)造分類構(gòu)造分類；亦依記憶體或邏輯的製品等級分類。亦依記憶體或邏輯的製品等級分類。 表表2.12.1為半導(dǎo)體元件的分類，分別以積體度分類，以基為半導(dǎo)體元件的分類，分別以積體度分類，以基板構(gòu)成分類，以構(gòu)造分類，加上以功能分類，亦考慮以板構(gòu)成分類，以構(gòu)造分類，加上以功能分類，亦考慮以開發(fā)形態(tài)或生產(chǎn)形態(tài)進(jìn)行分類。開發(fā)形態(tài)或生產(chǎn)形態(tài)進(jìn)行分類。 半導(dǎo)體製程最大的問題在於元件的構(gòu)造區(qū)分?；旧?，半導(dǎo)體製程最大的問題在於元件的構(gòu)造區(qū)分?；旧?，雙極性及雙極性及MOSMOS型製程流程不同，故型

2、製程流程不同，故BiCMOSBiCMOS需要整合各自需要整合各自不同的製程。不同的製程。 SOI (Silicon on Insulating substrate) SOI (Silicon on Insulating substrate) 構(gòu)造，則構(gòu)造，則是製程所使用的基板不是矽，僅此不同而已。是製程所使用的基板不是矽，僅此不同而已。依集積度分類依集積度分類“ “電晶體及電晶體及ICIC” ” 個別半導(dǎo)體：電晶體、二極體等個別半導(dǎo)體：電晶體、二極體等 積體電路積體電路 (IC)(IC)小規(guī)模積體電路小規(guī)模積體電路 (SSI)(SSI)：100100,000100,000元件元件 / / 晶片

3、晶片依基板構(gòu)成分類依基板構(gòu)成分類“ “單石及混合單石及混合” ” 單石單石ICIC矽基板矽基板 SOISOI基板基板 混合混合ICIC厚膜厚膜ICIC 薄膜薄膜ICIC 利用利用SOISOI基板的元件基板的元件依構(gòu)造分類依構(gòu)造分類“ “MOSMOS及及Bipolar”Bipolar” BipolarBipolar型元件型元件 npnnpn構(gòu)造構(gòu)造 pnppnp構(gòu)造構(gòu)造 MOSMOS型元件型元件 nMOSnMOS構(gòu)造構(gòu)造 pMOSpMOS構(gòu)造構(gòu)造 CMOSCMOS構(gòu)造構(gòu)造 BiCMOSBiCMOS型元件：型元件：BipolarBipolar及及CMOSCMOS的混合的混合依功能分類依功能分類“

4、“數(shù)位及類比數(shù)位及類比” ” 數(shù)位用元件數(shù)位用元件記憶體記憶體RAMRAM：DRAM, SRAM, FRAM, (FeRAMDRAM, SRAM, FRAM, (FeRAM) ) ROMROM：EPROM, EEPROM, Mask ROM, FlashEPROM, EEPROM, Mask ROM, Flash MemoryMemory邏輯邏輯MPUMPU泛用邏輯泛用邏輯記憶體，邏輯混合記憶體，邏輯混合 System LSI (System on chip) System LSI (System on chip) 類比用元件類比用元件 民生用，產(chǎn)業(yè)用民生用，產(chǎn)業(yè)用 數(shù)位、類比混合元件數(shù)位、類

5、比混合元件依開發(fā)形態(tài)分類依開發(fā)形態(tài)分類“ “標(biāo)準(zhǔn)及顧客標(biāo)準(zhǔn)及顧客” ” 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) ( ( 泛用泛用 ) ) 元件元件 記憶體、記憶體、MPUMPU、泛用邏輯等、泛用邏輯等 顧客用元件顧客用元件 ASIC (Full custom ASIC (Full custom規(guī)範(fàn)規(guī)範(fàn) ) ) 半顧客用元件半顧客用元件 gate array, PLA, cell base IC gate array, PLA, cell base IC等等依生產(chǎn)形態(tài)分類依生產(chǎn)形態(tài)分類“ “多種類少量及多種類少量及少種種多量少種種多量“ “ 多種類少量生產(chǎn)方式元件多種類少量生產(chǎn)方式元件 ASIC ASIC、custom IC

6、custom IC、邏輯、邏輯ICIC 少種類多量生產(chǎn)方式元件少種類多量生產(chǎn)方式元件 記憶體、記憶體、MPUMPU等等 委託生產(chǎn)方式元件委託生產(chǎn)方式元件 Foundry FoundryBipolar元件構(gòu)造 Bipolar Bipolar元件係在矽基板內(nèi)設(shè)置隔離元件的電氣隔離區(qū)元件係在矽基板內(nèi)設(shè)置隔離元件的電氣隔離區(qū)域，形成基極射極集極的構(gòu)造，相較於後述的域，形成基極射極集極的構(gòu)造，相較於後述的MOSMOS型，型，構(gòu)造更為複雜。構(gòu)造更為複雜。 如圖所示為如圖所示為BipolarBipolar元件的基本構(gòu)造：元件的基本構(gòu)造： 1.1.為古典構(gòu)造，於隔離區(qū)域採用為古典構(gòu)造，於隔離區(qū)域採用pnpn接

7、合分離方式。藉由接合分離方式。藉由 4545次雜質(zhì)擴(kuò)散，形成電晶體構(gòu)造。次雜質(zhì)擴(kuò)散，形成電晶體構(gòu)造。 2.2.利用氧化膜取代利用氧化膜取代pnpn接合的方式，降低接合容量，可縮接合的方式，降低接合容量，可縮 小元件的大小。小元件的大小。Bipolar元件的構(gòu)造Bipolar元件製造特性 相較於相較於CMOSCMOS型元件，具有型元件，具有BipolarBipolar構(gòu)造的元件，構(gòu)造的元件，由於較消耗電力、製程複雜，性能又與由於較消耗電力、製程複雜，性能又與CMOSCMOS相相差不多，所以使用範(fàn)圍變得較為狹隘。差不多，所以使用範(fàn)圍變得較為狹隘。 製程技術(shù)方面，為了引進(jìn)雜質(zhì)，擴(kuò)散或離子製程技術(shù)方面

8、，為了引進(jìn)雜質(zhì)，擴(kuò)散或離子植入工程次數(shù)增多，因此對於雜質(zhì)的縱向的分植入工程次數(shù)增多，因此對於雜質(zhì)的縱向的分佈控制更形重要，故熱處理等的整體設(shè)計亦相佈控制更形重要，故熱處理等的整體設(shè)計亦相當(dāng)重要，確實執(zhí)行缺陷控制等成為關(guān)鍵。當(dāng)重要，確實執(zhí)行缺陷控制等成為關(guān)鍵。 CMOS元件構(gòu)造 MOS MOS型構(gòu)造與型構(gòu)造與BipolarBipolar構(gòu)造不同，矽基板及其表面的氧化膜，構(gòu)造不同，矽基板及其表面的氧化膜，因上方的電極採用因上方的電極採用MOS (Metal Oxide Semiconductor) MOS (Metal Oxide Semiconductor) 型型的電容器，構(gòu)造上較為簡易。的電容

9、器，構(gòu)造上較為簡易。 CMOS CMOS為同時具有為同時具有n n通道型通道型MOSMOS構(gòu)造及構(gòu)造及p p通道型通道型MOSMOS構(gòu)造的元件構(gòu)造的元件構(gòu)造。因此稱為構(gòu)造。因此稱為CMOS (Complementary MOSCMOS (Complementary MOS互補(bǔ)型互補(bǔ)型MOS)MOS)。 以往閘極電極使用以往閘極電極使用AlAl，於，於19601960年後半開發(fā)出矽閘極構(gòu)造，年後半開發(fā)出矽閘極構(gòu)造，因為高性能化、可靠性、尺寸縮小等優(yōu)點，所以放棄了因為高性能化、可靠性、尺寸縮小等優(yōu)點，所以放棄了AlAl閘極構(gòu)造。閘極構(gòu)造。 CMOS CMOS組成的電路，由於耗電力少，在各領(lǐng)域內(nèi)取代

10、了組成的電路，由於耗電力少，在各領(lǐng)域內(nèi)取代了BipolarBipolar型加以應(yīng)用。型加以應(yīng)用。CMOS元件構(gòu)造 製程技術(shù)方面，不但製程技術(shù)方面，不但SiSiSiOSiO2 2界面很穩(wěn)定，也可界面很穩(wěn)定，也可充分控制充分控制NaNa離子等，離子等，MOSMOS型取代型取代BipolarBipolar型，成為型，成為主要的元件。主要的元件。 下圖為矽閘極構(gòu)造的下圖為矽閘極構(gòu)造的n n通道型通道型MOSMOS構(gòu)造、構(gòu)造、p p通道型通道型MOSMOS構(gòu)造。前者的基板採用構(gòu)造。前者的基板採用p p型矽，後者採用型矽，後者採用n n型矽。型矽。 矽閘極構(gòu)造，也稱為自對準(zhǔn)閘極構(gòu)造，閘極、源矽閘極構(gòu)造，也

11、稱為自對準(zhǔn)閘極構(gòu)造，閘極、源極與汲極的位置不受微影的限制，而可自動決定極與汲極的位置不受微影的限制，而可自動決定的劃時代方式，目前已標(biāo)準(zhǔn)化。如果沒有此一方的劃時代方式，目前已標(biāo)準(zhǔn)化。如果沒有此一方法，就不可能開發(fā)出高密度記憶體。法，就不可能開發(fā)出高密度記憶體。 矽柵MOS元件的構(gòu)造BiCMOS元件構(gòu)造元件構(gòu)造 BiCMOS BiCMOS元件具有元件具有BipolarBipolar元件的高速性及元件的高速性及CMOSCMOS元件的低元件的低耗電性，在一個晶片內(nèi)同時植入有耗電性，在一個晶片內(nèi)同時植入有BipolarBipolar元件及元件及CMOSCMOS元件的晶片已受到重視。元件的晶片已受到重視

12、。 製造流程不同的製造流程不同的BipolarBipolar及及CMOSCMOS型的元件，為了在同一型的元件，為了在同一晶片內(nèi)形成，所以兩者的製程整合相當(dāng)複雜。實際上，晶片內(nèi)形成，所以兩者的製程整合相當(dāng)複雜。實際上，因應(yīng)製程順序或條件的最佳化來進(jìn)行。因應(yīng)製程順序或條件的最佳化來進(jìn)行。 如圖所示為如圖所示為BiCMOSBiCMOS構(gòu)造的一例。在基板上形成構(gòu)造的一例。在基板上形成n n井，其井，其中形成中形成 npnnpn 型的型的BipolarBipolar電晶體。藉由擴(kuò)散形成接合，電晶體。藉由擴(kuò)散形成接合，在在CMOSCMOS及及BipolarBipolar之間，儘量施加共通化的流程，達(dá)到之間

13、，儘量施加共通化的流程，達(dá)到工程的簡略化及縮短化。工程的簡略化及縮短化。 目前許多目前許多BiCMOSBiCMOS已製品化，但任何一種工程的順序或已製品化，但任何一種工程的順序或組合，都是為了各自容易製作所組成，所以工程真是千組合，都是為了各自容易製作所組成，所以工程真是千差萬別。差萬別。 BiCMOS元件構(gòu)造元件構(gòu)造SOI元件構(gòu)造元件構(gòu)造 SOI (Silicon on Insulating Substrate) SOI (Silicon on Insulating Substrate) 是在絕是在絕緣層上形成緣層上形成SiSi層，如同前述，過去曾大量嘗試在層，如同前述，過去曾大量嘗試在SOISOI基板上形成元件，且部分發(fā)展為製品?；迳闲纬稍?，且部分發(fā)展為製品。 使用使用SOISOI基板，比起使用矽晶圓，可忽略基板所具有基板，比起使用矽晶圓，可忽略基板所具有的容量，可達(dá)到元件的高性能化。的容量，可達(dá)到元件的高性能化。 SOI SOI基板的製作方法，包括利用晶圓貼合的方法，以基板的製作方法，包括利用晶圓貼合的方法，以及矽基板植入氧離子，於內(nèi)部形成稱為及矽基板植入氧離子，於內(nèi)部形成稱為SIMOX SIMOX (Separation-by Implanted Oxygen)(Separation-by Implanted Oxyg